KR20020005302A

KR20020005302A - 맞대기 용접을 위한 서브머지드 아크 용접용 플럭스

Info

Publication number: KR20020005302A
Application number: KR1020000039236A
Authority: KR
Inventors: 이병원
Original assignee: 이봉주; 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2002-01-17
Also published as: KR100462037B1

Abstract

맞대기 용접을 위한 서브머지드 아크 용접용 플럭스가 제공된다.

본 발명의 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 중량%로 SiO₂: 7~10%, CaO: 2~5%, MgO: 12~20%, Al₂O₃: 35~45%, TiO₂: 5~10%, CaF₂: 13~17%, Na₂O+K₂O+MnO≤ 10%를 포함하여 조성되고, (CaO+CaF₂)/TiO₂비가 1.8~2.3로 제어됨을 그 특징으로 한다.

본 발명의 서브머지드 아크용접용 플럭스는 건전한 비드외관과 우수한 충격인성을 갖는 용접금속을 확보함에 유용하다.

Description

맞대기 용접을 위한 서브머지드 아크 용접용 플럭스{Flux for using butt submerged arc welding}

본 발명은 맞대기 용접을 위한 서브머지드 아크 용접용 용접재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양호한 비드외관을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 산화물계 플럭스이면서 충격인성이 양호한 용접금속을 얻을 수 있는 맞대기 용접을 위한 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.

서브머지드 아크 용접은 용접금속의 정련성이 우수할 뿐만 아니라 자동 및 반자동 용접이 가능하기 때문에 일반적으로 산업전반에 걸쳐서 여러 분야에 널리 적용되고 있다.

이러한 서브머지드 아크 용접에 있어서, 플럭스는 용접시 용접금속의 정련특성, 슬라그 박리성, 슬라그 잔해성등과 같은 용접특성에 많은 영향을 끼치는 중요한 용접재료이다. 특히, 슬라그 박리성은 용접 작업성과 직결되는 특성으로서 슬라그 박리성이 나빠지면 슬라그를 제거하는데 많은 공수가 따르므로 작업능률을 저하시키게 된다. 또한, 고융점 슬라그는 슬라그가 용접금속으로부터 완전히 제거되지않음으로써 연속적으로 이루어지는 용접작업으로 인한 용착금속 내부의 개재물 혼입이 용접금속의 인성을 저하시키게 된다는 문제가 있었다.

상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 기술의 일예로서 대한민국 공개특허공보 99-50188호에 개시된 공개특허발명을 들 수 있다. 상기 공개공보에서는 SiO₂, Al₂O₃, MgO, CaF₂의 함유량을 적절히 제어하여 플럭스의 응고온도 및 점도를 상승시킴으로써 개재물 혼입이 없고 비드 외관이 우수할 뿐만 아니라 표면산화가 일어나지 않는 플럭스를 제시하고 있다.

그러나, 상기 공개특허에 개시된 맞대기 용접용 산화물계 플럭스에는 MgO가 38~48% 함유되어 있기 때문에 용접시 용접비드 폭이 좁아질 뿐만 아니라 비드표면에 슬라그 잔해가 끼는 문제가 있다. 또한, 산화물계 플럭스는 SiO₂, Al₂O₃,TiO₂등과 같은 산성화합물을 많이 함유하고 있어 용접작업성은 우수한 반면 충격인성은 현저히 저하함에 따라 구조물의 안정성이 저하할 수 있다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명자는 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 수많은 연구와 시험을 행하였으며 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하는 것으로서, 건전한 비드 외관 뿐만 아니라 충격인성이 양호한 용접금속을 얻을 수 있는 서브머지드 아크 용접용 플럭스를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로 SiO₂: 7~10%, CaO: 2~5%, MgO: 12~20%, Al₂O₃: 35~45%, TiO₂: 5~10%, CaF₂: 13~17%, Na₂O+K₂O+MnO≤10%를 포함하여 조성되고, (CaO+CaF₂)/TiO₂비가 1.8~2.3로 제어됨을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 서브머지드 아크 용접용 플럭스의 조성성분 제한사유를 설명한다.

SiO₂는 유리화 성분으로 슬라그 형성제로 첨가하는데, 그 첨가량을 중량%로(이하, 단지 %라 한다) 7~10%로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면 그 첨가량이 7%미만이면 슬라그 점성이 낮아지기 때문에 슬라그 유동성이 증가하여 용접비드 균일성이 떨어지며 표면이 거칠어지는 단점이 있으며, 10%를 초과하면 플럭스 소비량은 감소되지만 용접금속내에 산소량은 증가하여 인성이 감소할 뿐만 아니라 용접금속 표면에 포크마크와 같은 결함이 발생할 수 있기 때문이다.

CaO는 융점을 향상시켜 용착금속의 인성을 향상시키는 효과를 나타낸다. 본 발명에서는 그 첨가량을 2~5%로 제한함이 바람직한데, 이는 2%미만에는 그 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없는 반면에, 5%를 초과하면 슬라그 박리성이 나빠지기 때문이다.

MgO는 슬라그가 연소되어 붙는 것을 방지하고 적정 슬라그 점도를 유지하기 위해 첨가되며, 아울러 용착금속중의 산소함량을 저감시킴에도 유용한 성분으로서,본 발명에서는 그 첨가량을 12~20%로 제한함이 바람직하다.

왜냐하면, 그 첨가량이 12%미만이면 용접비드 표면에 슬라그가 용착되어 슬라그 박리성이 나빠지며, 아울러 용접금속중의 산소함량이 증가하여 충격인성이 저하하게 된다. 또한, 그 첨가량이 20%를 초과하면 슬라그 용융온도가 너무 높아져 용접비드 폭이 좁아질 뿐만 아니라 비드 표면에 슬라그 잔해가 끼는 문제가 있기 때문이다.

Al₂O₃는 MgO와 비슷한 기능을 가지는 약산성 성분으로서 플럭스의 염기도에 영향을 미치는 화합물로서, 본 발명에서는 그 첨가량을 35~45%로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 그 첨가량이 35%미만이면 슬라그 용융온도가 상대적으로 낮아 점성이 높아지게 되고, 이에 따라 슬라그 박리성이 나빠지게 되고 용접비드 외관이 거칠어지며, 45%를 초과하면 슬라그 용융온도가 높아져 용접비드 외관을 나쁘게 하고 고속용접시 슬라그 혼입을 초래하기 때문이다.

TiO₂는 슬라그 박리성과 아크 안정성을 향상시키고 양호한 비드외관을 얻기 위하여 첨가하는 성분으로써, 본 발명에서는 그 첨가량을 5~10%로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 그 첨가량이 5%미만일 경우에는 슬라그 박리성이 나빠져 포크마크가 발생되기 쉽고, 10%를 초과하는 경우에는 슬라그 박리성은 향상되나 플럭스 점도가 너무 높아 비드외관이 나빠지게 되고 그 소비량도 증가하는 문제가 있기 때문이다.

CaF₂는 슬라그 유동성을 조절하고 가스결함 발생을 억제할 뿐만 아니라 용접금속내 산소함량을 제어하는 역할을 하는데, 본 발명에서는 그 첨가량을 13~17%로 제한함이 바람직하다. 왜냐하면, 그 첨가량이 13%미만에서는 용접금속의 실드(shield)효과가 부족하며, 17%를 초과하면 슬라그 박리성이 열화되어 아크 안정성이 떨어지기 때문이다.

Na₂O와 K₂O는 플럭스 제조시 구성분말들을 서로 응집시키기 위하여 첨가되는 규산소다로부터 공급되는 불가피한 성분으로 본 발명의 플럭스 특성에는 크게 영향을 미치지 않는 성분이며, 또한 MnO는 산화방지제로 첨가되는 성분이다.

상기 Na₂O와 K₂O의 경우, 이들의 첨가량이 과소하면 점결력이 떨어져 적절한 입도의 플럭스 제조가 곤란하고, 너무 과도하면 아크가 불안정해지고 피트가 발생할 우려가 있으므로, 본 발명에서는 상기 점을 고려하여 Na₂O+K₂O+MnO의 합을 10%이하로 제한함이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 화학성분을 가진 용접모재를 마련하였다. 그리고 하기 표 2에 나타난 성분을 가진 와이어를 이용하여 하기 표 3과 같은 용접조건으로 맞대기 용접을 실시하였다. 이때, 맞대기 용접에 이용될 플럭스의 각 조성은 하기 표 4와 같다.

상기와 같이 마련된 각각의 플럭스를 이용하여 맞대기 용접을 행한후아크 안정성, 슬라그 박리성 및 비드 외관을 평가하여 그 결과를 하기 표 5와 같이 양호(○), 보통(△), 불량(X)으로 나타내었다.

또한, 용접후 얻어진 각 용접금속 시편을 채취한 후 이에 샤르피 충격시험을 행하여 그 결과를 또한 하기 표 5에 나타내었으며, 이때 그 충격강도가 80(J)이상인 경우를 우수(○), 34~79(J)을 보통(△), 34(J)미만을 불량(X)으로 평가하였다.

모 재	두께(mm)	화학성분(중량%)
모 재	두께(mm)	C	Si	Mn	P	S
SS400	12	0.11	0.28	1.06	0.015	0.007

와이어경(mm)	화학성분(중량%)
와이어경(mm)	C	Si	Mn	P	S
4.8	0.11	0.03	1.97	0.017	0.012

구 분	전류(A)	전압(V)	용접속도(cm/min)	전극	개선형상
표면	700	34	50	AC	I-Groove
이면	800	35	50	AC	I-Groove

구 분	플럭스 조성(중량%)	(CaO+CaF₂)/TiO₂
구 분	SiO₂	(CaO+CaF₂)/TiO₂	MgO	Al₂O₃	CaO	CaF₂	TiO₂	Na₂O+K₂O+MnO
발명예	1	7.5	13.0	44.0	2.5	16.0	9.0	잔여분	2.06
발명예	2	9.5	19.0	36.0	4.0	13.0	9.0	잔여분	1.89
비교예	1	7.5	19.0	37.0	4.5	13.0	10.0	잔여분	1.75
	2	10.0	12.5	42.0	3.0	17.0	7.5	잔여분	2.67
	3	5.0	12.0	43.0	5.5	15.0	13.0	잔여분	1.58
	4	10.5	22.0	36.0	2.0	15.5	6.5	잔여분	2.69

구 분	아크 안정성	슬라그 박리성	비드 외관	충격강도(I.V. 0℃)
구 분	아크 안정성	슬라그 박리성	표면	충격강도(I.V. 0℃)	이면
발명예	1	○	○	○	○	○
발명예	2	○	○	○	○	○
비교예	1	△	△	△	△	△
	2	X	△	△	△	○
	3	△	△	△	△	X
	4	△	X	△	X	△

상기 표 4 및 표 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 그 조성 및 (CaO+CaF₂)/TiO₂조성비가 소정치로 제어된 본 발명예 1~2는 모두 우수한 용접작업성과 충격강도를 나타내었다.

이에 반하여, 그 조성뿐만 아니라 (CaO+CaF₂)/TiO₂조성비가 본 발명범위밖인 비교예 3~4는 모두 원하는 수준의 용접특성을 얻을 수 없었으며, 특히 그 조성은 본 발명범위내이나 그 (CaO+CaF₂)/TiO₂조성비가 본 발명범위를 벗어난 비교예 1~2의 경우도 충격강도 및 용접 작업성측면에서 본 발명과 확연히 구별됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 그 조성뿐만 아니라 (CaO+CaF₂)/TiO₂조성비가 최적으로 제어된 서브머지드 아크용접용 플럭스를 제공함으로써 건전한 비드외관과 우수한 충격인성을 갖는 용접금속을 확보함에 그 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로 SiO₂: 7~10%, CaO: 2~5%, MgO: 12~20%, Al₂O₃: 35~45%, TiO₂: 5~10%, CaF₂: 13~17%, Na₂O+K₂O+MnO≤10%를 포함하여 조성되고, (CaO+CaF₂)/TiO₂비가 1.8~2.3로 제어됨을 특징으로 하는 맞대기 용접을 위한 서브머지드 아크 용접용 플럭스.